韓曉輝，李繼山，李業(yè)明，趙春光

（中國鐵道科學(xué)研究院 機(jī)車車輛研究所，北京100081）

1 高速動車組基礎(chǔ)制動裝置基本要求

高速動車組由于速度高、制動熱負(fù)荷大，對基礎(chǔ)制動裝置提出了更高的要求。對于高速動車組基礎(chǔ)制動裝置必須具備如下條件［1］：

（1）必須能夠承受緊急制動時產(chǎn)生巨大制動負(fù)荷。在其他制動型式失效情況下，基礎(chǔ)制動系統(tǒng)作為主要的甚至唯一的安全保障，必須能夠承擔(dān)高速動車組巨大的制動負(fù)荷，并將巨大的動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芟⒃诖髿庵小?/p>

（2）基礎(chǔ)制動裝置動作必須靈活可靠。

高速動車組基礎(chǔ)制動裝置動作靈活及高的可靠性直接關(guān)系到列車的運(yùn)行安全，當(dāng)動力制動失效時，盤形制動必須保證高速動車組能在規(guī)定的制動距離內(nèi)停車，以確保行車安全。因此盤形制動作為基礎(chǔ)制動裝置的重要組成部分，是高速動車組的基本制動方式。

（3）基礎(chǔ)制動裝置結(jié)構(gòu)必須緊湊、制動效率高。結(jié)構(gòu)緊湊以滿足高速動車組每軸配置多套基礎(chǔ)制動單元的需要；盤形制動的制動效率一般要大于90%，以保證有足夠的制動力輸出。

（4）基礎(chǔ)制動的制動摩擦副在各種速度下都必須有良好的摩擦磨損性能及耐磨性，摩擦系數(shù)穩(wěn)定。制動盤和閘片有足夠長的使用壽命。

（5）基礎(chǔ)制動要保證列車在規(guī)定的坡道上安全停放。

《罪與罰》涉及到的人物形象很多，尤其是女性形象特別多。有他的妹妹杜妮亞、繼女索菲亞、放貸者阿謬娜……這些人物形象或多或少都可以在《圣經(jīng)》以及古希臘神話中找到相應(yīng)的原型。這里以索菲亞和阿謬娜為例進(jìn)行原型闡釋。

（6）基礎(chǔ)制動要有良好的環(huán)境適應(yīng)性，在低溫、雨雪、風(fēng)沙、潮濕等環(huán)境下能夠長期正常工作。

2 基礎(chǔ)制動裝置組成及配置情況

2.1 基礎(chǔ)制動裝置組成介紹

2.1.1 基礎(chǔ)制動單元組成

高速動車組基礎(chǔ)制動裝置一般主要由制動夾鉗單元、制動盤及閘片等3部分組成?；A(chǔ)制動裝置單元在車軸上的配置數(shù)量依賴于列車速度等級及消耗軸功率的大小。以和諧號動車組CRH3為例，每根非動力軸上安裝3個基礎(chǔ)制動單元，見圖1。而在動力軸上，因受到轉(zhuǎn)向架設(shè)備如電機(jī)等空間限制需配置2個輪盤式基礎(chǔ)制動單元，見圖2。CRH2與CRH3有所區(qū)別，其動力軸配置2個輪盤式基礎(chǔ)制動單元，而非動力軸則配置2個輪盤式及2個軸盤式共4個基礎(chǔ)制動單元；而對于CRH5，配置的全部是軸裝制動盤，其動力軸配置2個軸盤式基礎(chǔ)制動單元，而非動力軸則配置3個軸盤式基礎(chǔ)制動單元；CRH1配置方式與CRH3類似。

圖1 CRH3拖軸基礎(chǔ)制動裝置

圖2 CRH3動軸基礎(chǔ) 制動裝置

2.1.2 制動夾鉗單元組成

制動夾鉗單元是制動指令的最終執(zhí)行部分，主要由制動缸和夾鉗兩部分組成，是盤形制動的3大部件之一，其作用主要是利用杠桿原理將制動力放大和傳遞，使空氣壓力轉(zhuǎn)化為閘片與制動盤之間的正壓力，通過制動盤和閘片的摩擦形成制動力。

和諧號動車組制動夾鉗單元從結(jié)構(gòu)上一般分為3種型式：

（1）三點(diǎn)吊掛式。CRH3、CRH5以及 CRH380BL等動車組上采用該型式的制動夾鉗單元，如圖3所示。這種制動夾鉗單元通過中間吊架及前端的兩個閘片托共3個懸掛點(diǎn)實(shí)現(xiàn)與轉(zhuǎn)向架的連接。

（2）緊湊式制動夾鉗單元。CRH1和CRH380AL動車組上采用該型式的制動夾鉗單元。這種制動夾鉗單元只通過中間的一個懸掛點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了與轉(zhuǎn)向架的連接。這種制動夾鉗單元結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，安裝更加靈活，如圖4所示。

（3）氣－液轉(zhuǎn)換式制動夾鉗單元。CRH2動車組上采用了該型式的制動夾鉗單元，見圖5。這種夾鉗單元最大的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊且杠桿倍率較大。

為了實(shí)現(xiàn)制動功能，無論何種制動夾鉗單元，從結(jié)構(gòu)上主要都包含制動缸、自動間隙調(diào)整器及手動復(fù)位機(jī)構(gòu)、力放大機(jī)構(gòu)及閘片托，另外3點(diǎn)吊掛式和緊湊式夾鉗單元還包含有彈簧停放制動器及手動緩解裝置。

圖3 3點(diǎn)吊掛式制動夾鉗單元

圖4 緊湊式制動 夾鉗單元

圖5 氣－液變換制動夾鉗單元

2.1.3 制動摩擦副組成

按照安裝型式，制動盤分為輪裝式制動盤（簡稱輪盤）和軸裝式制動盤（簡稱軸盤）兩種。輪盤一般由兩盤摩擦盤環(huán)通過一套緊固件固定在車輪輪輻兩側(cè)，見圖6所示；軸盤一般由盤環(huán)、盤轂、壓環(huán)、防扭塊及緊固件組成，見圖7所示。閘片一般由摩擦塊和鋼背通過銷釘鉚接而成，CRH3閘片主要采用ISOBAR粉末冶金閘片，該閘片為浮動式結(jié)構(gòu)，能夠提高盤片接觸均勻性，使制動盤各部分熱負(fù)荷更加均勻，外形見圖8所示。

圖6 CRH3輪盤組成

圖7 CRH3軸盤組成

圖8 ISOBAR閘片組成

2.2 配置情況

我國和諧高速動車組基礎(chǔ)制動裝置主要配置情況見表1。

表1 我國動車組車型基礎(chǔ)制動裝置主要配置情況

3 工作原理

用壓縮空氣為傳遞力介質(zhì)的基礎(chǔ)制動裝置作用原理見圖9，其主要是利用內(nèi)部機(jī)構(gòu)活塞缸及杠桿機(jī)構(gòu)將作用在氣缸內(nèi)的壓縮空氣壓力轉(zhuǎn)化為盤形制動制動力。常用的結(jié)構(gòu)一般是通過壓縮空氣推動制動缸中的活塞運(yùn)動，進(jìn)而通過連接銷傳遞至制動杠桿及閘片托，使閘片托上的閘片與旋轉(zhuǎn)的制動盤組成制動摩擦副實(shí)施摩擦制動。夾鉗內(nèi)設(shè)置了間隙調(diào)整裝置，能夠自動調(diào)整閘片和制動盤的間隙。對于CRH2所采用的氣－液夾鉗單元，其傳遞力的介質(zhì)為壓縮空氣和液壓油，通過氣液轉(zhuǎn)換缸使制動缸壓力增大。另外，CRH2還設(shè)置了踏面清掃裝置，清掃踏面異物及修正踏面外形，以提高黏著利用率。

圖9 基礎(chǔ)制動裝置工作原理

4 選型原則

如果列車緊急制動能量超過了制動盤所承受的最大瞬時制動功率及熱容量的限制，高速動車組運(yùn)行將會發(fā)生安全事故。為此高速動車組在進(jìn)行基礎(chǔ)制動裝置選型時，不但要考慮純空氣緊急制動距離及黏著限制的需要，同時也需要合理匹配基礎(chǔ)制動軸功率及盤載荷能力，以保證基礎(chǔ)制動最大軸功率及盤載荷在允許使用范圍內(nèi)［2］。制動盤載荷使用范圍見圖10。

因此要根據(jù)制動功率計(jì)算結(jié)果，結(jié)合動車轉(zhuǎn)向架和拖車轉(zhuǎn)向架制動盤安裝空間進(jìn)行選型。比如，CRH3動力轉(zhuǎn)向架的每個軸安裝兩套輪裝鑄鋼制動盤，拖車轉(zhuǎn)向架的每軸安裝3套軸裝鑄鋼制動盤，閘片采用ISOBAR結(jié)構(gòu)的粉末冶金材料；而CRH380AL動力轉(zhuǎn)向架的每個軸安裝2套輪裝鑄鋼制動盤，拖車轉(zhuǎn)向架的每軸安裝2套輪裝鑄鋼制動盤和2套軸裝鑄鋼制動盤，閘片同樣采用ISOBAR結(jié)構(gòu)的粉末冶金材料。在夾鉗單元方面，CRH3采用的是3點(diǎn)吊掛式夾鉗單元，而CRH380AL由于非動力軸安裝了4套基礎(chǔ)制動單元而使安裝空間受到限制而選擇緊湊式夾鉗單元。

圖10 制動盤熱－機(jī)盤載荷使用范圍

5 基礎(chǔ)制動的試驗(yàn)驗(yàn)證

為了檢驗(yàn)高速動車組基礎(chǔ)制動裝置可靠性及摩擦磨損性能，確定其能否滿足高速動車組制動系統(tǒng)制動性能要求，需要對其進(jìn)行低溫試驗(yàn)、振動沖擊試驗(yàn)、功能試驗(yàn)、摩擦磨損試驗(yàn)及可靠性試驗(yàn)。

5.1 制動夾鉗單元試驗(yàn)

制動缸性能試驗(yàn)在制動夾鉗試驗(yàn)臺（圖11）上進(jìn)行，主要測試氣密性、機(jī)械強(qiáng)度、間隙調(diào)整器作用行程和最大調(diào)整能力等。對于帶停放制動功能的制動夾鉗單元，還要測試停放制動缸氣密性、停放制動力、停放制動器行程、最小緩解壓力以及手動緩解機(jī)構(gòu)功能。

圖11 制動夾鉗試驗(yàn)臺

5.2 制動摩擦副試驗(yàn)

制動盤和閘片性能需要在1：1制動動力臺架試驗(yàn)臺（圖12）進(jìn)行。

1：1制動動力臺架試驗(yàn)的試驗(yàn)內(nèi)容包括磨合制動、模擬緊急制動、模擬常用制動、坡道制動、停放制動、干燥和潮濕工況下停車制動，以及可靠性及疲勞試驗(yàn)等。具體程序按照動車組制動系統(tǒng)基本技術(shù)條件，并參考UIC 541－3等標(biāo)準(zhǔn)制定［4］。

圖12 1：1制動動力試驗(yàn)臺結(jié)構(gòu)示意圖

圖13 制動盤正在進(jìn)行試驗(yàn)

6 結(jié)束語

在分析高速動車組基礎(chǔ)制動裝置基本要求的基礎(chǔ)上，介紹了和諧號動車組基礎(chǔ)制動裝置的配置、組成、選型原則及試驗(yàn)方法，運(yùn)用實(shí)踐表明，我國和諧號高速動車組基礎(chǔ)制動裝置設(shè)計(jì)合理、安全可靠，可以保證我國高速列車安全可靠運(yùn)行。

［1］李和平，林祜亭.高速列車基礎(chǔ)制動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究［J］，中國鐵道科學(xué)，2003，24（2）：8－13.

［2］李繼山.高速列車合金鍛鋼制動盤壽命評估研究［D］.北京：鐵道科學(xué)研究院，2006.

［3］丁福焰，李和平，李繼山.機(jī)車車輛和高速動車組基礎(chǔ)制動臺架試驗(yàn)技術(shù)發(fā)展［C］.中國鐵道科學(xué)研究院60周年學(xué)術(shù)論文集，2010.03.

［4］國際鐵路聯(lián)盟（UIC），UIC 541－3制動－盤形制動及其應(yīng)用－閘片批準(zhǔn)使用的一般規(guī)定［S］.